深部膏鹽層鉆井工藝技術

【摘 要】膏鹽類物質在淺層或地表以固體形式存在，而深部高溫高壓下呈塑性狀態，在上覆地層壓力作用下向低壓區蠕動。鉆井作業形成的井眼內，鉆井液液柱壓力遠遠小于上覆地層壓力，膏鹽向井內蠕變使得井徑縮小，鉆井施工中如何解決好深部膏鹽層的鉆井難題，是所有鉆井工作者共同的愿望。

【關鍵詞】膏鹽層 蠕變 鉆井 工藝

在深部膏鹽層鉆井過程中，由于膏鹽層的塑性蠕變和非均質性、含鹽泥巖的垮塌等地質因素，常常引起卡鉆、埋鉆、套管擠毀等工程事故，施工作業風險極大，本文將從膏鹽層蠕變特性、鉆井難點與對策等方面重點介紹工藝研究。

1 膏鹽層蠕變特性

（1）膏鹽層化學成分。膏鹽層主要化學成分是氯化鈉，夾雜石膏、軟泥巖等物質，鹽類易溶解，軟泥巖膨脹縮徑。

（2）膏鹽層蠕變特性。深部膏鹽層蠕動的主要能量來自于上覆地層壓力，其蠕變分三個階段：①初始蠕變：又稱瞬態蠕變，開始速率很高，隨后速率變緩；②次級蠕變：又稱穩態蠕變，蠕變速率恒定。③第三級蠕變：又稱加速蠕變，巖體破壞斷裂。

（3）影響膏鹽層蠕變速率的主要因素。①井溫：鹽巖層的蠕變隨溫度的升高而急劇增大。②井深：塑性變形隨其埋藏深度的增加而加劇。③鉆井液密度：變形速率隨鉆井液密度增加而下降。

2 鉆井難點與對策

2.1 主要難點

（1）深部膏鹽層初始蠕變速率很大，鉆進過程中擠卡鉆頭，扭矩較大，易發生卡鉆事故；（2）鉆開的井眼內，膏鹽層以穩態蠕變的速率使得井徑縮小，時間越長，縮徑越嚴重。

（3）使用不飽和鹽水泥漿，CL-含量過低，井徑偏大；（4）高密度鉆井液鉆進，易發生井下漏失、鉆具粘附。

2.2 鉆井對策

2.2.1準備工作

（1）施工前檢查好地面設備，特別是動力系統、傳動系統、提升系統等，確保鹽層鉆進時正常運轉。

（2）入井鉆具經過嚴格探傷檢查，避免鉆具事故；盡量準備較長的方鉆桿，鉆進時預留部分方余，以備處理井下復雜或事故。

（3）井眼準備。如鹽層上部存在低壓層，應先期承壓堵漏。

（4）儲備足夠的加重材料、堵漏材料、潤滑劑等。

（5）儲備一定量同密度的淡水泥漿，穿鹽一旦發生卡鉆，立即打入井內，以利于解卡。

2.2.2鉆進措施

（1）穿鹽過程中，將CL-含量控制在合適范圍，使用欠飽和鹽水泥漿溶蝕部分蠕變鹽巖。

（2）簡化鉆具結構，采用光鉆鋌塔式鉆具帶隨鉆震擊器，以利于防卡和解卡；下井鉆頭選用帶有保徑齒的高效牙輪鉆頭。

（3）盡可能提高鉆井排量，增強鉆井液對井壁的沖刷，減輕井眼的縮小。

（4）鉆開塑性地層后其初始蠕變速率很高，因此應調整鉆井參數，嚴格控制鉆時。

3 實鉆情況

3.1 施工方案

某井是蘇北盆地淮安中斷陷一口資料井，完井井深2800m。

（1）三開前對井場入井鉆具包括鉆鋌、加重鉆桿、各種配合接頭、井口工具等進行全面探傷，對井場設施進行認真檢查與保養。

（2）穿鹽前鉆井液CL-含量調整在100000～110000mg/l范圍內，鉆進時控制在140000～160000mg/l。

（3）鉆具結構：φ215.9mmPDC鉆頭+φ165mm無磁鉆鋌+φ165mm螺旋鉆鋌+柔性長軸+震擊器+φ127mm加重鉆桿+φ127mm斜坡鉆桿。

（4）鹽層鉆進控制鉆時在10～15min，以鉆時控制鉆壓。

（5）第一次鉆進鹽層10m左右，循環鉆井液兩周，起至技套內，停4h～5h后下鉆，鹽層段緩慢下探，如無阻卡顯示，該時間為安全時間。

3.2 擴眼措施

擴徑工具采用長城鉆探工程院所出產的水力擴孔器，最大擴徑尺寸273mm。其工作原理為：開泵后鉆井液流經活塞上的噴嘴，產生一定的壓降，從而推動活塞下行，活塞上的支撐裝置支撐三個擴眼刀翼外張，當擴眼刀翼達到最大外張位置時，可進行擴眼鉆進作業；作業完畢后，停泵壓降消失，活塞在彈簧的反力作用下復位，擴眼刀翼收回到刀槽內。

（1）擴進參數：鹽膏層：鉆壓5～15KN，轉速50～60rpm，排量22～25l/s；泥巖段：鉆壓20～30KN，轉速50～70rpm，排量22～25l/s。

（2）工具入井前對其嚴格檢查并進行試驗，試驗排量至少達到22l/s，排量穩定后記錄工具自身壓降，一般為2～4Mpa，達到要求后連接鉆具入井。

（3）下鉆操作要求平穩，嚴格控制下鉆速度，尤其是工具入轉盤、喇叭口、封井器及特殊井段，以防造成工具損壞、套管損傷或其它更為嚴重的鉆井事故發生。

3.3 測井、下套管安全時間測定

為保證測井、下套管安全，在進行施工前必須進行拉井壁、通井、測膏鹽層蠕變速度，并根據蠕變速度調整鉆井液比重及通井擴眼的時間和次數。

4 結論與認識

（1）深部膏鹽層在高溫高壓下呈塑性狀態，在地層上覆壓力作用下向低壓區蠕動。鉆井形成的井眼內液柱壓力遠小于地層上覆壓力，鹽層蠕變嚴重；正確認識膏鹽蠕變規律，制定切實可行的技術措施，可有效解決膏鹽層鉆井難題。

（2）使用欠飽和鹽水鉆井液，通過溶蝕作用，減輕鹽層段縮徑；盡可能提高鉆井液密度，以抵抗膏鹽及軟泥巖的塑性流動。

（3）通過計算下套管安全時間，確定能否進行下套管作業。采取降低CL-含量和提高鉆井液密度，可延長下套管安全時間。

參考文獻：

[1]吳應凱等.深部鹽膏層安全鉆井技術的現狀及發展方向研究.天然氣工業，2004；24（2）.

[2]孟偉.鉆井配套技術在川東北的應用與實踐[M].北京：地質出版社，2007.

[3]膏鹽層鉆井技術規程.石油天然氣行業標準（SY） SY/T6709-2008[S].

[4]李偉廷.元壩1井超深井鉆井技術研究與應用[J].石油天然氣學報，2009（02）.

作者簡介：李海偉（1986—），男，助理工程師，2010年畢業于中國石油大學（華東）資源勘查工程專業，現主要從事鹽穴儲氣庫鉆井、井下作業工程管理工作。